Engenharia e Ciência dos Materiais I SCMM 5757 Introdução aos Materiais Prof. Vera L Arantes 2013
Perspectiva Histórica Idade da Pedra: 2.000.000 acabou ~5000 anos atrás. Idade do Bronze (Oriente Médio). O que é o Bronze? Idade do Ferro: iniciou-se 3000 anos atrás. Idade dos Materiais Avançados : Design inteligente dos Materiais
Ciência dos Materiais X Engenharia dos Materiais
Estrutura Nível sub-atômico : estrutura atômica dos átomos individuais que definem o tipo de ligação química Nível atômico: arranjo dos átomos Estrutura microscópica: arranjo de grãos dentro do material Estrutura macroscópica
Ordens de grandeza Angstrom = 1Å = 1/10,000,000,000 metro = 10-10 m Nanômetro = 10 nm = 1/1,000,000,000 metro = 10-9 m Micrômetro = 1μm = 1/1,000,000 metro = 10-6 m Milímetro = 1mm = 1/1,000 metro = 10-3 m Distância interatômica ~ poucos Å Fio de cabelo ~ 50 μm
Escala das coisas
FAMÍLIAS DE MATERIAIS DE ENGENHARIA METAIS CERÂMICOS COMPÓSITOS POLÍMEROS VIDROS
QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES EXISTEM?
METAIS Vantagens: resistência mecânica, rigidez, tenacidade à fratura, temperatura e ambiente de uso, formabilidade/ductilida de, condutividade térmica e elétrica, reciclagem; Desvantagens: processamento, corrosão, reatividade, densidade (propriedades específicas) AÇOS (INÓX, FERRAMENTAS), LIGAS DE AL & TI, SUPERLIGAS
CERÂMICOS CARBETO & NITRETO DE SILÍCIO ALUMINA, SÍLICA Vantagens: resistência à compressão, rigidez, temperatura e agressividade do ambiente de serviço, densidade (propriedades específicas), isolantes térmicos e elétricos; Desvantagens: tenacidade à fratura (frágeis), processamento, custo, reciclagem
POLIACETAL, NYLON, ABS POLÍMEROS Vantagens: custo, processabilidade/fabricação, resistência à corrosão, densidade (propriedades específicas), isolantes térmicos e elétricos, dutilidade dos termo-plásticos; Desvantagens: baixa resistência mecânica, rigidez, temperatura e meio de aplicação (UV e solventes), fragilidade dos termo-rígidos, reciclagem POLICARBONATO, POLIURETANA
Ag-Cu/C Vantagens: adequação ao uso (compatibilizaçãootimização de propriedades individuais); Desvantagens: processamento, custo, reciclagem COMPÓSITOS Al/SiC Co/WC SiN 4 /SiC Epóxi/Vidro
Semi-condutores MEMS
Seleção de Materiais
Composição Ligação química Estrutura cristalina Processamento (termo-mecânico) Microestrutura
FUTURO TENDÊNCIAS Miniaturização Materiais inteligentes Materiais inspirados na natureza Eco-materiais Materiais com Gradiente Funcional Baterias leves com altas densidades de armazenamento, turbinas para uso a 2500 o C, supercondutores para emprego a temperatura ambiente, sensores químicos de alta sensibilidade para agricultura, consumíveis como tecidos que não precisa passar a ferro, etc.
Miniaturização
Materiais inspirados pela natureza
Materiais inteligentes Tecidos que purificam o ar que respiramos: Baseada em fotocatalisadores, pequenas partículas que são incorporadas no tecido, este tecido reage com as moléculas de oxigénio da atmosfera, dando origem a radicais livres, que por sua vez transformam os poluentes do ar em substâncias 24/3/2014 químicas não nocivas Ciência e Engenharia à saúde. Materiais aula 1
Materiais inteligentes Os primeiros testes estão sendo feitos com esferas e rolamentos construídos com esferas piezocerâmicas. As esferas foram colocadas entre o chassi e uma estrutura metálica que se conforma ao chassi de um veículo de testes. Essas "esferas inteligentes" podem ser controladas eletronicamente para contrabalançar e neutralizar as vibrações que o veículo sofre enquanto roda. Assim, o carro passa a ter um mecanismo ativo, controlado por computador, que anula a vibração tão logo ela seja detectada. Mas há outras possibilidades: em vez de anular as vibrações, o material piezoelétrico pode aproveitá-las para gerar energia elétrica e alimentar as baterias de um veículo híbrido ou elétrico.